一种碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置及制备方法

技术领域

本申请涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置及制备方法。

背景技术

混凝土是一种常用的建筑材料，为了增强混凝土的强度，通常会在混凝土内添加碳纤维，以制备碳纤维增强混凝土复合材料，目前制备碳纤维增强混凝土复合材料的操作是直接将碳纤维撒在制备好的混凝土表面，然后再进行搅拌，使得碳纤维均匀的分布在混凝土内，而由于碳纤维质量轻，在搅拌过程中，碳纤维很难被搅拌进入混凝土内部，导致碳纤维无法均匀的分布在混凝土内，影响碳纤维增强混凝土复合材料的性能。

发明内容

为了克服由于碳纤维质量轻，在搅拌过程中，碳纤维很难被搅拌进入混凝土内部，导致碳纤维无法均匀的分布在混凝土内，影响碳纤维增强混凝土复合材料的性能的缺点，本发明提供一种碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置及制备方法。

本发明的技术方案是：一种碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置，包括有搅拌罐、搅动单元、安装板Ⅰ和搅拌杆；搅拌罐外侧设置有搅动单元；搅动单元连接有若干个安装板Ⅰ，搅动单元用于带动安装板Ⅰ转动；每个安装板Ⅰ上分别固接有一个搅拌杆，每个搅拌杆与搅拌罐中心点的距离均不相同；还包括有弹簧伸缩杆、注料框和注料单元；每个搅拌杆内各设置有若干个弹性件组，每个弹性件组均由四个弹簧伸缩杆组成；同一弹性件组上的四个弹簧伸缩杆伸缩端共同固接有一个注料框；所有的注料框均与搅拌杆进行滑动连接；每个搅拌杆上均开有若干个出料口Ⅰ；每个安装板Ⅰ上均连接有一个用于将碳纤维注入固体料内部的注料单元；每个注料单元均与一个搅拌杆及其连接的弹簧伸缩杆和注料框相互配合。

更为优选的是，搅拌杆下部设置为锥状。

更为优选的是，出料口Ⅰ下侧设置为倾斜状。

更为优选的是，注料框内下部设置为倾斜状。

更为优选的是，搅动单元包括有安装架Ⅰ、气缸Ⅰ、安装板Ⅱ、电机、传动轴和；搅拌罐外侧设置有安装架Ⅰ；安装架Ⅰ上固接有若干个气缸Ⅰ；所有的气缸Ⅰ伸缩端共同固接有安装板Ⅱ；安装板Ⅱ上侧固接有电机；安装板Ⅱ中部转动连接有传动轴；电机输出轴与传动轴进行固接；传动轴外表面与安装板Ⅰ固接。

更为优选的是，注料单元包括有安装架、注料管、储料斗、输料框、气缸Ⅱ、L形推板、导流板和挡板；每个安装板Ⅰ上分别可拆卸连接有一个安装架；每个安装架上分别固接有一个注料管，每个注料管下部均设置为倾斜状；每个注料管上开有若干个出料口Ⅱ；每个注料管上部分别开有若干个进气口；每个安装架上部分别固接有一个储料斗；每个安装架上侧分别固接有一个输料框；每个储料斗下部分别与一个输料框连通；每个输料框分别与一个注料管连通；每个安装架上侧分别固接有一个气缸Ⅱ；每个气缸Ⅱ伸缩端分别固接有一个L形推板；每个L形推板分别与一个输料框进行滑动连接；每个注料管内分别固接有若干个导流板；除了最下方的导流板，每个导流板中部均开有一个贯穿孔；除了最下方的导流板，每个导流板上方均设置有一个挡板；每个挡板均与注料管进行固接。

更为优选的是，还包括有分层单元；每个注料单元内分别连接有一个分层单元；分层单元包括有分层板、和弹性片；每个注料管内分别固接有四个分层板；四个分层板呈交错设置；上方的两个分层板上部均开有一个缺口；每个分层板下部分别固接有一个弹性片。

更为优选的是，四个分层板上侧均设置有凸条。

更为优选的是，还包括有抖动单元；每个注料单元内分别连接有一个抖动单元；每个抖动单元均与一个分层单元连接有；抖动单元包括有连杆Ⅰ、联动球、连杆Ⅱ和锥形块；上方的三个分层板具有弹性；上方的三个分层板共同固接有连杆Ⅰ；连杆Ⅰ上部固接有联动球；L形推板上固接有连杆Ⅱ；连杆Ⅱ与注料管进行滑动连接；连杆Ⅱ右部下侧固接有若干个锥形块。

一种碳纤维增强混凝土复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：混合固体料，将水泥、砂和碎石等除了碳纤维之外的固体料倒入到搅拌罐内，然后搅拌杆伸入搅拌罐内，控制搅拌杆转动对搅拌罐内的固体料进行搅动混合；

步骤二：注入碳纤维，往注料管内注入碳纤维，然后通过水将注料管内的碳纤维注入固体料的内部；

步骤三：混合碳纤维，通过注料管将混凝土制备剩余所需水注入搅拌罐内，控制搅拌杆转动对搅拌罐内的固体料和碳纤维进行充分搅动混合，以制备碳纤维增强混凝土复合材料。

本发明的有益效果：1、本发明通过先将碳纤维注入到注料管内，然后通过水将碳纤维注入固体料的内部，然后再控制搅拌杆转动对搅拌罐内的固体料和碳纤维进行充分搅动混合，制得碳纤维增强混凝土复合材料，使得碳纤维能均匀的分布在混凝土内。

2、本发明通过四个分层板将注入注料管内的碳纤维分为四层，使碳纤维与水一同从导流板与挡板之间的间隙和贯穿孔流出，从而避免碳纤维会成坨落在最上方的导流板和挡板上，导致后续往注料管内注入一定量的水后，注入的水无法将碳纤维裹带，从出料口Ⅱ和出料口Ⅰ排出，将导流板与挡板之间的间隙和贯穿孔堵塞的问题。

3、本发明通过让三个分层板发生抖动，从而将多余的碳纤维抖落掉，防止上方的分层板上的碳纤维过多，容易造成导流板与挡板之间的间隙和贯穿孔堵塞的问题。

附图说明

图1为本发明碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置的立体结构示意图；

图2为本发明碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置的第一种局部立体结构示意图；

图3为本发明碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置的第二种局部立体结构示意图；

图4为本发明碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置的第一种局部立体结构剖视图；

图5为本发明碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置的第二种局部立体结构剖视图；

图6为本发明碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置的分层单元立体结构示意图；

图7为本发明碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置的搅拌杆、注料管、导流板和挡板组合立体结构示意图。

附图标记中：1-搅拌罐，2-安装架Ⅰ，3-气缸Ⅰ，4-安装板Ⅱ，5-电机，6-传动轴，7-安装板Ⅰ，8-搅拌杆，8a-出料口Ⅰ，9-弹簧伸缩杆，10-注料框，16-安装架Ⅱ，17-注料管，17a-出料口Ⅱ，18-储料斗，19-输料框，20-气缸Ⅱ，21-L形推板，31-分层板，31a-缺口，32-弹性片，41-导流板，41a-贯穿孔，42-挡板，51-连杆Ⅰ，52-联动球，53-连杆Ⅱ，54-锥形块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步地进行说明。

实施例1

一种碳纤维增强混凝土复合材料的制备装置，如图1-7所示，包括有搅拌罐1、搅动单元、安装板Ⅰ7和搅拌杆8；搅拌罐1外侧设置有搅动单元；搅动单元连接有三个安装板Ⅰ7，搅动单元用于带动安装板Ⅰ7转动；每个安装板Ⅰ7上分别固接有一个搅拌杆8，每个搅拌杆8与搅拌罐1中心点的距离均不相同，搅拌杆8下部设置为锥状，方便插入混凝土内；

还包括有弹簧伸缩杆9、注料框10和注料单元；每个搅拌杆8内各设置有三个弹性件组，每个弹性件组均由四个弹簧伸缩杆9组成；同一弹性件组上的四个弹簧伸缩杆9伸缩端共同固接有一个注料框10，注料框10内下部设置为倾斜状，防止带着碳纤维移动；所有的注料框10均与搅拌杆8进行滑动连接；每个搅拌杆8上均开有三个出料口Ⅰ8a，出料口Ⅰ8a下侧设置为倾斜状，防止碳纤维堆积；每个安装板Ⅰ7上均连接有一个用于将碳纤维注入固体料内部的注料单元；每个注料单元均与一个搅拌杆8及其连接的弹簧伸缩杆9和注料框10相互配合。

搅动单元包括有安装架Ⅰ2、气缸Ⅰ3、安装板Ⅱ4、电机5、传动轴6和；搅拌罐1外侧设置有安装架Ⅰ2；安装架Ⅰ2上固接有两个气缸Ⅰ3；所有的气缸Ⅰ3伸缩端共同固接有安装板Ⅱ4；安装板Ⅱ4上侧螺栓连接有电机5；安装板Ⅱ4中部转动连接有传动轴6；电机5输出轴与传动轴6进行固接；传动轴6外表面与安装板Ⅰ7固接。

注料单元包括有安装架Ⅱ16、注料管17、储料斗18、输料框19、气缸Ⅱ20、L形推板21、导流板41和挡板42；每个安装板Ⅰ7上分别可拆卸连接有一个安装架Ⅱ16；每个安装架Ⅱ16上分别固接有一个注料管17，每个注料管17下部均设置为倾斜状；每个注料管17上开有三个出料口Ⅱ17a；每个注料管17上部分别开有两个进气口；每个安装架Ⅱ16上部分别固接有一个储料斗18；每个安装架Ⅱ16上侧分别固接有一个输料框19；每个储料斗18下部分别与一个输料框19连通；每个输料框19分别与一个注料管17连通；每个安装架Ⅱ16上侧分别固接有一个气缸Ⅱ20；每个气缸Ⅱ20伸缩端分别固接有一个L形推板21；每个L形推板21分别与一个输料框19进行滑动连接；每个注料管17内分别固接有三个导流板41；除了最下方的导流板41，每个导流板41中部均开有一个贯穿孔41a；除了最下方的导流板41，每个导流板41上方均设置有一个挡板42；每个挡板42均与注料管17进行焊接。

首先，将水泥、砂和碎石等除了碳纤维之外的固体料倒入到搅拌罐1内，然后控制气缸Ⅰ3带动安装板Ⅱ4、电机5、传动轴6、安装板Ⅰ7和搅拌杆8向下移动，使得搅拌杆8伸入搅拌罐1内，搅拌杆8下部设置为锥状，方便搅拌杆8向下插入固体料内，而后控制电机5带动传动轴6、安装板Ⅰ7和搅拌杆8转动，搅拌杆8转动对搅拌罐1内的固体料进行搅动混合；

混合均匀后，电机5停止带动传动轴6、安装板Ⅰ7和搅拌杆8转动，搅拌杆8位于固体料内，而后由工作人员将安装架Ⅱ16安装在安装板Ⅰ7上，安装过程中注料管17会插入搅拌杆8内，注料管17插入搅拌杆8内的过程中，注料管17会与注料框10接触，接触后注料管17会带动注料框10向远离搅拌杆8的方向移动并拉伸弹簧伸缩杆9，移动后的注料框10伸出搅拌杆8，此时出料口Ⅰ8a与出料口Ⅱ17a连通，如图4-7所示，注料框10伸出推挤固体料，使得固体料内出现空腔；然后将碳纤维填充到储料斗18内，通过软管将注料管17上部与外界的水泵连通，由于储料斗18下部与输料框19连通，因此填充到储料斗18内的碳纤维会落到输料框19内，然后控制气缸Ⅱ20带动L形推板21在输料框19内往注料管17的方向移动，L形推板21会将落到输料框19内的碳纤维推送到注料管17内，L形推板21移动时，L形推板21将储料斗18下部开口挡住，储料斗18内的碳纤维不再往下落；注料管17内的碳纤维会落在最上方的导流板41和挡板42上，然后控制外界的水泵往注料管17内注入一定量的水，注入的水会将冲击导流板41和挡板42上的碳纤维，通过水将碳纤维裹带从挡板42与导流板41之间的间隙通过，再从最上方的出料口Ⅱ17a和出料口Ⅰ8a排出，排入到最上方的注料框10与固体料形成的空腔中，水会渗透到固体料内，而碳纤维会落在固体料上；并且部分水裹带碳纤维从最上方导流板41上的贯穿孔41a往下流，流落在中间的导流板41上，从最上方贯穿孔41a往下流的水和碳纤维，部分从挡板42与导流板41之间的间隙通过，再从中间的出料口Ⅱ17a和出料口Ⅰ8a排出，排入到中间的注料框10与固体料形成的空腔内，另一部分从中间导流板41上的贯穿孔41a往下流，流到下方导流板41上，沿着导流板41往下流，再从下方的出料口Ⅱ17a和出料口Ⅰ8a排出，排入到下方的注料框10与固体料形成的空腔内，最终三个注料框10与固体料形成的空腔内都填充有碳纤维；在水裹带碳纤维通过出料口Ⅱ17a和出料口Ⅰ8a排出到注料框10与固体料形成的空腔内的过程中，以由上往下看为基准，控制电机5带动传动轴6及其相关联的部件缓慢逆时针转动，使得注料框10逆时针转动，注料框10转动时将碳纤维按压在固体料上，碳纤维会受到固体料的阻挡而留在固体料上，且注料框10内下部设置为倾斜状，可防止注料框10带着大量碳纤维移动，即注料框10移动时只会带着少量的碳纤维移动，大部分碳纤维则留在固体料上；转动一端时间后，停止转动；然后控制气缸Ⅱ20带动L形推板21移动复位，复位后L形推板21不再挡住储料斗18下部开口，储料斗18内的碳纤维会再次落在输料框19内，复位时外部的气体会通过注料管17上部的进气口进入注料管17，然后重复上述动作，使得储料斗18内的碳纤维间歇性的注入固体料内，如此通过将水和碳纤维注入固体料的内部，以便于后续将碳纤维和其余固体料混合均匀；需要注意的是，通过往注料管17内间歇性的注入碳纤维，可防止注料管17内一次性存在大量碳纤维而造成堵塞的问题；

然后控制气缸Ⅰ3带动安装板Ⅱ4、电机5、传动轴6、安装板Ⅰ7和搅拌杆8向上移动，使得搅拌杆8从搅拌罐1内取出，接着再控制外界的水泵将剩余所需的水注入注料管17，注入的水通过出料口Ⅱ17a和出料口Ⅰ8a排出喷向注料框10，然后落在搅拌罐1内，喷向注料框10的水可将残留在注料框10内侧的固体料清理掉，以方便注料框10后续移动复位，避免注料框10上残留固体料，导致注料框10无法复位，使得后续对搅拌罐1内的固体料和碳纤维进行充分搅动混合时，固体料和水会从注料框10进入搅拌杆8内，影响后续制备碳纤维增强混凝土复合材料；当水注入完后，由工作人员将安装架Ⅱ16从安装板Ⅰ7上取下，在弹簧伸缩杆9的作用下，注料框10会往回移动复位，之后控制气缸Ⅰ3带动安装板Ⅱ4、电机5、传动轴6、安装板Ⅰ7和搅拌杆8向下移动，使得搅拌杆8伸入搅拌罐1内，而后控制电机5带动传动轴6、安装板Ⅰ7和搅拌杆8转动，搅拌杆8转动对搅拌罐1内的固体料和碳纤维进行充分搅动混合，以制备碳纤维增强混凝土复合材料。

实施例2

在实施例1的基础上，如图6所示，还包括有分层单元；每个注料单元内分别连接有一个分层单元；分层单元包括有分层板31、和弹性片32；每个注料管17内分别固接有四个分层板31，四个分层板31上侧均设置有凸条，用于增大与碳纤维的摩擦力；四个分层板31呈交错设置；上方的两个分层板31上部均开有一个缺口31a；每个分层板31下部分别固接有一个弹性片32。

L形推板21将落到输料框19内的碳纤维推送到注料管17内后，碳纤维会成坨落在最上方的导流板41和挡板42上，导致往注料管17内注入一定量的水后，注入的水无法将碳纤维裹带，从出料口Ⅱ17a和出料口Ⅰ8a排出，即碳纤维会聚集在下部，会将导流板41与挡板42之间的间隙和贯穿孔41a堵塞；因此在导流板41与挡板42上方设置有四个分层板31，L形推板21将落到输料框19内的碳纤维推送到注料管17内后，碳纤维会先落在最上方的分层板31上，四个分层板31上侧均设置有凸条，用于增大与碳纤维的摩擦力，分层板31下部的弹性片32可防止碳纤维滑落，当分层板31上堆积满碳纤维后，分层板31上多余的碳纤维会往下滑落，滑落到下方的分层板31上，最终碳纤维会依次落在四个分层板31上，然后往注料管17内注入一定量的水时，部分水会通过上方两个分层板31上的缺口31a，直接落在下方的两个分层板31上，对下方的两个分层板31上的碳纤维直接进行冲击，水的冲击力会迫使弹性片32变形，使得其由竖直状态变为平直状态，如此碳纤维和水一同往下流；落在上方的两个分层板31上的水，同样的对上方的两个分层板31上的碳纤维直接进行冲击，水的冲击力会迫使弹性片32变形，使得其由竖直状态变为平直状态，如此四个分层板31上的碳纤维将和水一同往下流，使碳纤维与水一同从导流板41与挡板42之间的间隙和贯穿孔41a流出，从而避免碳纤维会成坨落在最上方的导流板41和挡板42上，导致后续往注料管17内注入一定量的水后，注入的水无法将碳纤维裹带，从出料口Ⅱ17a和出料口Ⅰ8a排出，将导流板41与挡板42之间的间隙和贯穿孔41a堵塞的问题。

需要注意的是，当水从分层板31上流下后，弹性片32将复位。

实施例3

在实施例2的基础上，如图6所示，还包括有抖动单元；每个注料单元内分别连接有一个抖动单元；每个抖动单元均与一个分层单元连接有；抖动单元包括有连杆Ⅰ51、联动球52、连杆Ⅱ53和锥形块54；上方的三个分层板31具有弹性；上方的三个分层板31共同固接有连杆Ⅰ51；连杆Ⅰ51上部固接有联动球52；L形推板21上固接有连杆Ⅱ53；连杆Ⅱ53与注料管17进行滑动连接；连杆Ⅱ53右部下侧固接有四个锥形块54。

由于碳纤维之间存在摩擦力，且会相互钩挂，这就导致当分层板31上落满碳纤维后，多余的碳纤维不会往下滑落到下方的分层板31上，进而导致上方分层板31上的碳纤维过多，导致在往注料管17内注入一定量的水后，上方分层板31上的碳纤维将呈坨状掉落，进而也容易造成导流板41与挡板42之间的间隙和贯穿孔41a堵塞；因此在上方的三个分层板31上连接有连杆Ⅰ51，当L形推板21推动碳纤维时，还会带动连杆Ⅱ53和锥形块54移动，L形推板21将碳纤维推到注料管17内后，继续控制气缸Ⅱ20带动L形推板21移动，使得锥形块54与联动球52接触，随即迫使联动球52向下移动，联动球52通过连杆Ⅰ51带动上方的三个分层板31向下移动，然后锥形块54与联动球52分离后，由于分层板31的弹力作用，三个分层板31会往上移动复位，如此使得三个分层板31发生抖动，从而将上方分层板31上多余的碳纤维抖落掉，防止上方的分层板31上的碳纤维过多，也容易造成导流板41与挡板42之间的间隙和贯穿孔41a堵塞的问题。

一种碳纤维增强混凝土复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：混合固体料，将水泥、砂和碎石等除了碳纤维之外的固体料倒入到搅拌罐1内，然后搅拌杆8伸入搅拌罐1内，控制搅拌杆8转动对搅拌罐1内的固体料进行搅动混合；

步骤二：注入碳纤维，往注料管17内注入碳纤维，然后通过水将注料管17内的碳纤维注入固体料的内部；

步骤三：混合碳纤维，通过注料管17将混凝土制备剩余所需水注入搅拌罐1内，控制搅拌杆8转动对搅拌罐1内的固体料和碳纤维进行充分搅动混合，以制备碳纤维增强混凝土复合材料。

以上所述仅为本发明的实施例子而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则之内，所作的等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明未作详细阐述的内容属于本专业领域技术人员公知的已有技术。